近日，上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院拓?fù)湮锢韺?shí)驗(yàn)室張石磊課題組利用時(shí)間分辨X光磁散射技術(shù)觀(guān)測(cè)到了磁斯格明子晶格動(dòng)力學(xué)的“隱藏”轉(zhuǎn)動(dòng)模式，提出了手性晶格矩的理論模型，為磁斯格明子的微觀(guān)動(dòng)力學(xué)和對(duì)其有效的調(diào)控手段提供了新思路，研究成果發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊Nano Letters。

磁斯格明子是一種渦旋磁結(jié)構(gòu)，具有拓?fù)浞€(wěn)定性。由于其尺寸小、能耗低等特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代磁存儲(chǔ)器的優(yōu)秀載體。對(duì)磁斯格明子在外界激勵(lì)下的動(dòng)力學(xué)研究是實(shí)現(xiàn)斯格明子器件的關(guān)鍵，也是拓?fù)浯艑W(xué)的主攻方向之一。目前的斯格明子動(dòng)力學(xué)主要基于“單粒子模型”，即單個(gè)的、孤立的斯格明子如何在等效外力下集體運(yùn)動(dòng)。但在特定材料中，斯格明子之間復(fù)雜的吸引和排斥勢(shì)能使其以晶格的形式存在。從對(duì)稱(chēng)性角度來(lái)看，凝聚態(tài)的磁斯格明子應(yīng)被視為一個(gè)與孤立態(tài)的磁斯格明子截然不同的物態(tài)，類(lèi)似于固相與液相的區(qū)別。代表著連續(xù)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性破缺的斯格明子晶格的形成意味著體系將表現(xiàn)出明顯的剛性，進(jìn)而體系一定存在本征的角動(dòng)量和轉(zhuǎn)動(dòng)模式。 

圖1 磁斯格明子晶格運(yùn)動(dòng)示意圖

本工作聚焦于絕緣性手性磁體Cu₂OSeO₃中有限尺寸的磁斯格明子晶格板塊。當(dāng)施加一個(gè)線(xiàn)性溫度梯度時(shí)，這些磁斯格明子板塊不僅被推動(dòng)，還通過(guò)一種手性晶格力矩的機(jī)制產(chǎn)生了連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種手性晶格力矩的引入，使得磁斯格明子晶格在微小溫度梯度下呈現(xiàn)出旋進(jìn)的特性，且旋轉(zhuǎn)的方向可以通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)的方向來(lái)控制。其手性晶格矩的產(chǎn)生機(jī)制由圖1所示，導(dǎo)致晶格同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和平移兩種動(dòng)力學(xué)模式。

本工作首次揭示了在極小的線(xiàn)性溫度梯度下的磁斯格明子連續(xù)旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)模式，為以磁斯格明子為代表的拓?fù)浯艅?dòng)力學(xué)研究提出了新的見(jiàn)解。上?？萍即髮W(xué)為該項(xiàng)研究的第一完成單位，物質(zhì)學(xué)院博士后金浩楠、2023級(jí)碩士研究生陳敬貽為文章共同第一作者，張石磊教授為文章的通訊作者。英國(guó)鉆石光源、牛津大學(xué)和中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院為該工作的共同合作單位。該工作得到了上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院拓?fù)湮锢韺?shí)驗(yàn)室、光子科學(xué)與凝聚態(tài)研究部以及上海科技大學(xué)大科學(xué)中心的大力支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.nanolett.4c03336?ref=article_openPDF